富氧燃煤锅炉的烟效率分析

　　锅炉技术富氧燃煤锅炉的烟效率分析董静兰，阎维平（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定，071003）进行了计算，并与相同条件的空气气氛下的各项佣损失和锅炉佣效率进行了比较。结果表明，采用02/C02的富氧燃烧技术可大大提高锅炉热效率，并相应提高锅炉的佣效率，而燃烧过程和传热过程的佣损失仍是锅炉的主要佣损失。

　　前言富氧燃烧技术也称为O2/CO2燃烧技术，或空气分离/烟气再循环技术，是在O2/CO2气氛下进行的，经干燥脱水后烟气中CO2的浓度可达95以上，在液化处理以CO2为主的烟气时，SO2同时也被液化回收，可省去烟气脱硫设备。与空气气氛相比，O2/CO2燃烧技术中烟气的多次循环使得NO的排放大大降低。从技术经济角度来看，在火电厂分离回收并封存CO2的各种主要潜在技术中，O2/CO2燃烧技术具有明显的优势。

　　佣效率方法考虑能量的质量，更能全面、有效地分析锅炉的各项损失的大小和损失的部位，为进步提高锅炉的效率提供更为科学的依据。

　　通过对锅炉佣效率的计算，建立起输入锅炉有效利用佣及各项佣损失间的平衡，从而分析能源利用的合理性。O2/CO2燃烧系统与常规空气燃烧系统有所不同，增加了空气分离制氧装置、烟气再循环系统和排烟处理系统。由于燃烧方式改变，进而影响锅炉的热效率和佣效率，因此研究o2/co2气氛下锅炉的佣效率对评估富氧燃烧具有重要意义。

　　本文以某300MW煤粉锅炉为研究对象，计算了2/C02燃烧方式下锅炉的佣损失和佣效率，并与该锅炉的常规空气燃烧方式的佣损失和1：1效率进行了对比分析。

　　1锅炉系统的烟效率计算系统的拥平衡模型如所示。

　　锅炉有效利用的佣私为锅炉出口蒸汽的佣Ezq与给水带入锅炉的拥Ess之差，锅炉的佣损失分为外部佣损失和内部佣损失，其中外部佣损失指系统工质排离系统时所损失的佣，包括：排烟佣损失、化学未完全燃烧佣损失、物理未完全燃烧佣损失h、散热佣损失h和灰渣拥损失内部佣损失指系统内部各过程的不可逆所造成的损失，包括：燃烧过程的拥损失17和传热过程的拥损失V3.锅炉的佣平衡分析1.11kg燃料提供给锅炉的烟Ef假定所供给的燃料和空气的温度均为环境温度，对于燃煤锅炉来说，1kg燃料提供给锅炉的即为1kg燃料的化学拥：燃料收到基的低位发热量，k/kg；Mar燃料收到基的水分，。

　　1.2锅炉有效利用的佣E，E"gl―过热器出口蒸汽的拥，k/kg；Da――锅炉的再热蒸汽流量，t/h；E"a―再热器出口蒸汽的拥，k/kg；Eit――再热器入口蒸汽的佣，k/kg；（0――工质在环境温度下的焓，k/kg；So――工质在环境温度下的熵，k/（kgK）；SgS――给水的熵，k/kgK）；i'rr――再热器出口蒸汽的焓，k/kg；Sr――再热器出口蒸汽的熵，k/kgK）；（r――再热器入口蒸汽的焓，k/kg；Sr――再热器入口蒸汽的熵，k/（kgK）。

　　1.3排烟损失的烟/2 1.4化学未完全燃烧的烟损失/3化学未完全燃烧佣损失是由于燃料在燃烧过程中所生成的一部分残留在烟气中的可燃气体未完全燃烧所造成的，损失的这部分可燃气体的化学佣L与其燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的化学未完全燃烧热损失Q3：热量的百分比。

　　物理未完全燃烧佣损失是由残余的可燃固体，主要是残余的固体碳造成的，损失的这部分碳的化学h与其燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的物理未完全燃烧热损失Q4：=I4/E.由于锅炉中燃料的燃烧并不是绝热燃烧，即燃料的化学能并没有完全转化为烟气的热能，而是有部分因为物理未完全燃烧、化学未完全燃烧、散热和灰渣而损失掉了。同样，燃料的化学拥除了转换为烟气的物理佣和因为燃烧的不可逆而损失的拥外，也有一部分被物理未完全燃烧、化学未完全燃烧、散热和灰渣而损失掉了，因此燃烧过程的佣损失八为：1.5物理未完全燃烧的烟损失/4 300MW亚临界富氧燃烧锅炉简。9传热过程的烟损失/8传热过程的拥损失指由于传热过程的不可逆性所引起的佣损失：1.10锅炉的烟效率锅炉的佣效率为锅炉有效利用的佣与燃料提供给锅炉的拥的比值：2计算算例与分析2.102/002燃烧系统本文选取的参照对象为300MW常规空气燃烧煤粉锅炉，燃煤的工业分析和元素分析如表1所示，锅炉主要额定参数如表2所示：的自然循环电站锅炉系统，系统流程如所示，对应的热力参数如表3所示。本文所研究的富氧燃烧方式O2/CO2比例为30/70，过氧量取为1.1.在本文的计算中进入锅炉燃烧燃料和空气分离制取的氧气都是没有经过外界预热的，没有热量带进热力系统中。

　　液态no2表3O2/CO2燃烧方式下主要热力参数项目数值Mt321工业分析A17表1煤工业分析和元素分析气一气换热器入口氧气压力/MPa 0.103气一气换热器出口氧气压力/MPa 0.103磨煤机前再循环烟气温度/C 375除尘器后再循环烟气流量/（kgs―0 133.63冷凝器入口烟气流量/（kg.s―1）200.45除尘器后烟气温度/C 390空分装置出口氧气温度/C 20气一气换热器入口氧气温度/C 60气一气换热器出口氧气温度/C 350冷凝器出口烟气温度/C 60气一气换热器出口氧气流量/（kgs-1）60.95冷凝器出口再循环烟气流量/（kgs―1）107. 62表2锅炉主要额定参数项目数值大连续蒸发量/（h-1）过热器出口蒸汽温度/C过热器出口蒸汽压力/MPa再热蒸汽流量/（。h―1）再热蒸汽进/出口汽温/C再热蒸汽进/出口压力/MPa省煤器进口给水温度/C省煤器进口给水压力/MPa在常规空气燃烧系统的基础上计入了能量回收系统，构建了采用富氧燃烧技术且捕集C2 2.202/C02燃烧锅炉烟效率计算与分析应用以上的拥分析方法，对某300MW煤粉锅炉常规空气燃烧和02/C02燃烧2种方式的锅炉效率进行了计算，计算结果如表4所示：空气燃烧煤粉锅炉的佣效率高，但都在50左右，锅炉的佣损失主要是锅炉的内部佣损失，外部佣损失比较小，这是因为锅炉外部各项损失的热量品质较差，做功能力不强。（2）采用热量平衡法计算的O2/CO2燃烧锅炉热效率比常规空气燃烧高3. 23，而佣效率比其高1.68，锅炉技术表4空气燃烧和2/02燃烧方式下不同计算方法的锅炉效率各种拥损失热量平衡法拥方法常规空气燃烧排烟损失化学未完全燃烧损失物理未完全燃烧损失散热损失灰渣损失燃烧过程的佣损失传热过程的佣损失锅炉效率这是因为采用热量平衡法计算锅炉效率时只考虑了热量转换的数量，没有考虑热量品质的高低及锅炉内部各过程的不可逆性所造成的能量品质的下降。

　　3结语为了进步提高锅炉佣效率，必须从燃烧和传热2个过程入手。与常规空气燃烧相比，02/C02燃烧的排烟佣损失、物理未完全燃烧佣损失、化学未完全燃烧佣损失都减小，这是因为2/co2燃烧的排烟温度虽然与空气燃烧的基本相同，但有一部分烟气进行了再循环，排烟量减少，故排烟佣损失减小；2 /co2燃烧的燃烧效率高，物理未完全燃烧佣损失、化学未完全燃烧佣损失都减小。

　　与常规空气燃烧相比，2 /co2燃烧方式燃烧过程的佣损失减小，而传热过程的佣损失增大，这是由于o2/co2燃烧的燃烧温度比常规空气燃烧的高，因此燃烧过程佣损失减小；烟气的温度升高，传热过程的平均放热温度升高，传热过程的熵增变大，不可逆性增大，故传热过程的佣损失增大。对传热不可逆佣损失提出采用非共沸混合工质，减少传热温差，并且考虑将锅炉给水先经过磁化再进入系统，使结垢减少，并容易除去，从而加强传热，减小传热过程的佣损失。